需求響應對智能電網的可靠性與風險研究

魏務卿　雷敏　莫霜葉

摘 要：需求響應作為一種高效、經濟的調節用戶負荷措施，已被多個國家采用，各國學者大部分從經濟角度分析需求響應項目決策與收益風險的評估，很少有從可靠性角度分析需求響應對系統帶來的影響，尤其是從可靠性角度分析風險變化。本文從可靠性角度出發，提出了需求響應分時電價下負荷模型與配電網需求響應下的可靠性指標計算流程，同時對需求響應可靠性與風險之間進行了探討。

關鍵詞：需求響應 可靠性指標 風險評估

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0040-02

隨著電力市場的開放與發展，用戶參與智能配電網負荷之間的互動變得尤為重要。而需求響應作為一種重要的調節用戶負荷手段，能夠降低峰時需求，提高配電網的可靠性、降低風險而被廣泛采用。

需求響應一般是通過電價或激勵措施對用戶施加影響，從而達到改變其負荷使用模式的目的，減少在高峰時刻用電量，使其在平、谷時段用電，降低峰谷差，從而提高系統的可靠性、減少風險。一般電價模式有分時電價、尖峰電價、實時電價等，激勵措施包含直接負荷控制、可中斷負荷與需求側競價計劃。在實施過程中，電網公司需要將操作的信息發送給用戶，保持雙方信息交流，而智能配電網能夠通過其需求側管理系統滿足需求響應實施的條件。

美國是最早實施需求響應的國家，為應對20世紀70年代能源危機，開展了對需求負荷控制的研究。依靠智能電網與電力市場的不斷完善，在2013年其需求響應資源達到了峰時負荷的7.2%。我國江蘇、河北、福建、上海、浙江等省份也早在2004年開展了可中斷負荷的研究，并一直推廣實施對電能有效利用措施。目前對需求響應的研究主要集中在項目制定上，而其在實施過程中對系統可靠性的影響的研究不多，而從可靠性角度出發研究其風險值的還很少。

1 需求響應配電網的可靠性計算

需求響應基于電價的措施中，分時電價最為普遍。通過對峰、谷、平時段的劃分，制定各個區間的電價，以此達到調節用戶用電的目的。而對于配電網而言，衡量其可靠性水平的高低主要通過一系列指標大小來反映。因此，需求響應配電網的可靠性模型需建立負荷與可靠性指標對應模型。

基于電價的需求響應是通過電價調整用戶負荷，在時段劃分、電價制定結束后，一般通過價格彈性矩陣來描述電價與用戶負荷變化關系，其表達式如下：

（1）

式（1）中，E為彈性系數，q為用戶負荷，ρ為當前的電價；ρ0表示初始電價；q0為未采用需求響應措施前的負荷。

通過時段劃分結果，可以建立一天24h的價格彈性系數矩陣。

（2）

在得到24h的價格彈性后，采用需求響應措施后的負荷可以通過下式求得：

（3）

在求得需求響應負荷后，通過分析計算原負荷情況下配電網的可靠性指標與需求響應負荷帶來的可靠性指標變化，定量研究需求響應對配電網可靠性的影響。蒙特卡洛模擬法具有計算快速的優點，因此被用來計算配電網可靠性指標。

一般的配電網可靠性指標分為三類，分別為頻率指標、概率指標、電力電量指標，其中頻率指標有SAIFI系統平均中斷頻率、CAIFI用戶平均中斷頻率。概率指標有SAIDI系統平均中斷時間、CAIDI用戶平均中斷時間。電力電量指標有：ENS電量不足期望、LOLP電力電量不足概率等。其在需求響應條件下的計算流程如圖1所示。

2 可靠性與風險關系

電網風險一般是描述系統在正常運行時面臨一定概率下可能發生事故中所受到的影響，一般是通過求其帶來的損失描述其風險大小，因此可以通過求其故障概率下的損失評估風險大小。從可靠性角度來看，一般可靠性越高的系統，其故障概率較低因此風險越小。

在用電高峰時，負荷裕度減少，系統可靠性降低，而在使用的過程中若發生故障相比低負荷狀態則會造成更大損失，因此需求響應不僅能夠增加系統可靠性的同時還能夠降低風險。

在從可靠性角度分析其風險時，需要從多個可靠性指標角度分析，頻率指標會反映風險中不確定事件的概率，概率指標與電力電量指標則會反映到事故每一次的損失大小。因此，在構建風險指標數學模型時，可以充分考慮不同類型可靠性指標對風險的影響，如下式：

（4）

先通過計算可靠性指標如SAIFI、SAIDI、CAIDI等，然后通過式（4）對風險進行分析，得到需求響應負荷下大的可靠性指標。最后，通過可靠性指標，分析其與原負荷下的風險水平。

3 結語

本文利用價格彈性矩陣推導了需求響應分時電價下的負荷模型，并以此為依據，采用蒙特卡洛方法對配電網可靠性指標進行計算，介紹了不同類型指標對可靠性的影響，并從配電網運行可靠性角度探討了其風險與可靠性指標的聯系，建立了從可靠性角度分析的風險指標評估概念。

參考文獻

[1] 趙洪山，王瑩瑩，陳松.需求響應對配電網供電可靠性的影響[J].電力系統自動化，2015（17）：49-55.

[2] Teh J，Cotton I.Risk assessment of dynamic thermal rating system[A].Iet International Conference on Resilience of Transmission and Distribution Networks.IET[C].2015：1-6.

[3] 田世明，王蓓蓓，張晶.智能電網條件下的需求響應關鍵技術[J].中國電機工程學報，2014，34（22）：3576-3589.

[4] 孔祥玉，楊群，穆云飛，等.分時電價環境下用戶負荷需求響應分析方法[J].電力系統及其自動化學報，2015， 27（10）：75-80.

[5] 梁惠施，程林，劉思革.基于蒙特卡羅模擬的含微網配電網可靠性評估[J].電網技術，2011，35（10）：76-81.

[6] 趙洪山，趙航宇，侯杰群，等.需求響應對配電網供電可靠性影響分析[J].電力自動化設備，2017（1）：8-14.